清水营煤矿软岩巷道锚注支护技术研究

论文摘要

自上世纪八十年代以来，新奥法支护在我国煤矿巷道中得到了全面推广应用，并经过近30年的发展形成了以锚杆为主体的各种支护结构，如煤巷锚网支护、锚带网索支护；岩巷锚喷支护、锚网喷支护、锚网喷索支护等，对保证巷道的有效使用发挥了重要作用。但是，新奥法支护在软岩巷道却遇到了很大的困难，除软岩自身的因素外，锚杆索在软岩内锚固点不易形成是关键因素之一，影响了锚杆索的支护强度，造成软岩巷道围岩变形得不到有效控制，导致巷道支护失效而发生破坏。本文综合运用工程地质调查、实验室力学性质测试与物相分析、现场地应力实测、理论分析和现场观测等方法和手段，分析了清水营煤矿软岩巷道围岩失稳破坏特征、软岩锚注前后特性，提出了锚网喷索+锚注联合支护技术，并获得良好的技术经济效益。获得了如下研究成果：（1）清水营煤矿+786m水平井底车场具有明显的软岩特征：其所在层位的岩性为粉砂岩，厚度为14.8m，试验其抗压强度仅为1.59MPa；化验其膨胀性矿物成份含量分别为：伊利石含29.3%，绿泥石含30.7%；实测的最大水平应力为23.74MPa，竖向自重应力为16.37MPa，两者比值为最大水平应力是竖向自重应力的1.45倍。（2）以清水营煤矿+786m水平井底车场为工程背景进行锚注支护数值分析，结果表明：巷道开挖至未支护时，围岩变形破坏严重，采用锚注支护后，锚杆起到一定作用，但随着时间推移仍发生了较大的变形破坏，进行锚注加强支护后，在巷道周围形成了一个厚壁承载拱，在同样的竖向压力作用下，巷道变形较小，证明锚注支护够对巷道围岩进行有效控制。并将软岩按水灰比0.8的水泥浆与粉砂岩颗粒制作力学模型，进行锚注特性试验得出；锚注前试件的抗压强度峰值为11.585MPa，锚注后试件的抗压强度可达22.22MPa，可见软岩锚注后其自承能力比锚注前提高了1.92倍。（3）通过对清水营煤矿+786m水平井底车场的变形原因进行分析，根据车场巷道的软岩性状、物相成份及地应力特点，针对性了提出了锚网喷索+锚注联合支护设计方案，并在车场巷道中进行工程实践，实践证明：锚注后明显改善了围岩的力学性质，提高了围岩了自承能力，巷道围岩得到了较好的控制。通过近100天的监测结果可以看出：巷道拱部下沉量21mm，帮部移近量25mm，且喷层未出现任何开裂现象；锚注后声波测试速度比注浆前提高了16%～45%，弹性模量提高了34%～110%；经过钻孔窥视，注浆后孔内光滑密实，表明浆液有效的充填了围岩内的松动裂隙，使松动破坏的围岩重新胶结在了一起，提高了其密实性和完整性，这对软岩的有效控制和长期稳定起到了重要作用。本文的研究成果经在+786m水平井底车场应用试验后达到了预期目的。证明软岩巷道采用“锚网喷索+锚注”支护是一种有效的方法之一，目前该方法已在+786m水平井底车场所有软岩巷道和硐室中得到了全面推广应用，同时对其它矿井的软岩巷道支护也具有良好的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究意义
• 1.3 软岩巷道支护理论国内外研究现状
• 1.3.1 国外软岩巷道支护理论研究现状
• 1.3.2 国内软岩巷道支护理论研究现状
• 1.4 软岩巷道支护技术国内外研究现状
• 1.4.1 国外软岩巷道支护技术研究现状
• 1.4.2 国内软岩巷道支护技术研究现状
• 1.4.3 软岩锚注支护技术的发展
• 1.5 软岩支护存在的问题
• 1.6 课题研究内容、研究方法及技术路线
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 研究方法及技术路线
• 2 清水营煤矿软岩巷道围岩变形破坏特征与机理分析
• 2.1 软岩巷道的界定
• 2.2 围岩变形破坏机理
• 2.2.1 物理力学试验
• 2.2.2 地应力测量
• 2.2.3 物相成份化验
• 2.3 巷道变形破坏特征
• 2.3.1 巷道开挖瞬间的围岩弹性变形
• 2.3.2 巷道支护前的围岩变形
• 2.3.3 巷道支护后的围岩变形
• 2.3.4 巷道支护失稳的围岩变形
• 2.4 本章小结
• 3 清水营煤矿巷道软岩锚注特性试验
• 3.1 软岩锚注特性试验
• 3.1.1 试样制作
• 3.1.2 试验内容
• 3.1.3 测试系统
• 3.2 软岩锚注特性分析
• 3.2.1 单轴压缩试验—单向应力状态
• 3.2.2 侧向约束试验—两向应力状态
• 3.3 软岩锚注机理研究
• 3.3.1 锚注加固的概念
• 3.3.2 锚注加固的承载机理
• 3.3.3 锚注组合拱参数
• 3.3.4 锚注参数分析
• 3.4 软岩锚注极限承载能力
• 3.5 本章小结
• 4 清水营煤矿软岩锚注支护方案数值模拟研究
• 4.1 RFPA 程序及特点
• 4.2 模拟分析
• 4.3 本章小结
• 5 工程应用
• 5.1 工程概况
• 5.1.1 矿井地质情况
• 5.1.2 +786m 水平井底车场变形破坏状况及原因分析
• 5.2 锚注支护方案设计
• 5.2.1 各支护结构的比较
• 5.2.2 支护方案确定
• 5.3 锚注支护基本参数确定
• 5.3.1 锚杆支护参数
• 5.3.2 锚索支护参数分析
• 5.3.3 注浆参数分析
• 5.3.4 树脂药卷用量分析
• 5.4 实施过程
• 5.5 实施效果分析
• 5.5.1 巷道围岩收敛监测
• 5.5.2 声波探测
• 5.5.3 围岩钻孔窥视
• 5.6 本章小结
• 6 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录